[理学]电子测量ppt

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1、第5章频率时间测量本章主要内容5.2电子计数法测量频率5.3电子计数法测量周期5.4电子计数法测量时间间隔5.6其他测量频率的方法本章要点电子计数法测量频率和周期的原理与误差分析。1/135.2电子计数法测量频率（重点）一、电子计数法测频原理若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率fx为(5.2-1)通常T取1s或其它十进时间，如l0s，0.1s，0.01s等等。2/13测频原理可简述为：“定时计数”图5.2-1(a)计数式频率计框图、波形图3/13图5.2-1(a)是计数式频率计测频的框图。它主要由下列三部分组成。(3)计数显示

2、电路(2)时基产生电路(1)计数脉冲形成电路acbuxfc放大整形主门(与门)计数译码器显示器控制(逻辑)门控(双稳)分频整形晶振(fx)10ms10sfxN图5.2-1(b)计数式频率计框图、波形图4/13（1）时间基准T产生电路。这部分的作用就是提供准确的计数时间T。它一般由石英晶体振荡器、分频整形电路与门控电路(控制主门的开与关)组成。fc→fc/m,T＝mTc,T通常取10ms、0.1s、1s、10s等。（2）计数脉冲形成电路。这部分电路的作用是将被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲。它一般由放大整形电路与门控电路(控制计数脉冲的通过)组成。（3）计数显示

3、电路。这部分电路的作用是计数被测周期信号重复的次数，显示被测信号的频率。它一般由计数电路逻辑控制电路译码器和显示器组成。5/13二、误差分析计算电子计数测频的测量误差：因为则有所以从式(5.2-2)可以看出：电子计数测量频率方法引起的频率测量相对误差，由计数器累计脉冲数相对误差和标准时间相对误差两部分组成。(5.2-2)6/131．量化误差—±1误差在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是随机的。这样，既便在相同的主门开启时间T内，计数器所计得的数却不一定相同，这便是量化误差(又称脉冲计数误差)即±1误差产生的原因。图5.2-2脉冲计数误差示意图7/1

4、3计数脉冲起点计数脉冲终点0≤Δt＜Tx由图5.2-2可见(5.2-3)(5.2-4)Δt1→Tx，Δt2→0时，ΔN＝＋1，最大；Δt1→0，Δt2→Tx时，ΔN＝－1，最小。脉冲计数最大绝对误差即±1误差：脉冲计数最大相对误差为：(5.2-6)(5.2-5)8/13（0≤Δt＜Tx）2．闸门时间误差(标准时间误差)闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短，要产生测频误差。闸门信号T是由晶振信号分频而得，(5.2-7)对上式微分，得所以(5.2-8)(5.2-9)所以有：9/13用增量符号代替式(5.2-9)中微分符号，改写为(5.2-10)即闸门时间相对误差在

5、数值上等于晶振频率的相对误差。将式(5.2-6)、(5.2-10)代入式(5.2-2)得(5.2-11)Δfc有可能大于零，也有可能小于零。若按最坏情况考虑，测量频率的最大相对误差应为(5.2-12)10/13(重点)三、测量频率范围的扩大电子计数器测量频率时，其测量的最高频率主要取决于计数器的工作速率，而这又是由数字集成电路器件的速度所决定的。目前计数器测量频率的上限为lGHz左右，为了能测量高于1GHz的频率，有许多种扩大测量频率范围的方法。这里我们只介绍一种称之为外差法扩大频率测量范围的基本原理。11/13图5.2-3外差法扩频测量原理框图12/13fA＝

6、fx－fL图5.2-3为外差法扩频测量的原理框图。设计数器直接计数的频率为fA。被测频率为fx，fx高于fA。本地振荡频率为fL，fL为标准频率fc经m次倍频的频率。fx与fx两者混频以后的差频为(5.2-13)用计数器频率计测得fA，再加上fL即mfc，便得被测频率(5.2-14)13/135.3电子计数法测量周期（重点）一、电子计数法测量周期的原理图5.3-1是应用计数器测量信号周期的原理框图。图5.3-1计数法测量周期原理框图1/13TxTcNTx=NTc将它与图5.2-1对照，可以看出，它是将图5.2-1中晶振标准频率信号和输入被测信号的位置对调而构成的

7、。当输入信号为正弦波时，图中各点波形如图5.3-2所示。可以看出，被测信号经放大整形后，形成控制闸门脉冲信号，其宽度等于被测信号的周期Tx。晶体振荡器的输出或经倍频后得到频率为fc的标准信号，其周期为Tc，加于主门输入端，在闸门时间Tx内，标准频率脉冲信号通过闸门形成计数脉冲，送至计数器计数，经译码显示计数值N。2/13图5.3-2图5.3-1中各点波形由左图所示的波形图可得(5.3-1)当Tc为一定时，计数结果可直接表示为Tx值。3/13二、电子计数器测量周期的误差分析对(5.3-1)式微分，得(5.3-2)式(5.3-2)两端同除NTc即Tx，得即(5.3-

8、3)用增量符号代上式中微